Experimento 1

Experimento 1: Conociendo el Agua
Autores:
México
Bautista
De
Medina
Miranda
Nogueda
Punto
DF.
V.V.
Rosa
la
de
F.M.
Ebullición
CCH
UNAM
Química
del
Vallejo
130.
G.J.
G.A.
L.N.
agua.
El agua es un elemento fundamental para la vida y debido a eso debemos
cuidarla y conocer sus propiedades y características para poder tener un mejor
conocimiento
acerca
de
esta.
El agua químicamente pura es un líquido inodoro, insípido, incoloro; en éste
experimento comprobamos algunas de las propiedades físicas del agua que a
continuación
se
muestran.
PARTE
I.
-DETERMINACIÓN
DEL
PUNTO
DE EBULLICIÓN DEL
AGUA-
PROPÓSITO: Conocer la temperatura a la cual se ebulle el agua potable de la
Ciudad
de
México.
BASE TEÓRICA:
-¿Qué
es
el
punto
de
ebullición?
Se conoce como punto de ebullición de una sustancia la temperatura en
grados a la que esa sustancia cambia de estado líquido a estado gaseoso.
Este proceso es muy distinto a la evaporación que es paulatino y para el que,
en altitudes superiores, la presión atmosférica media disminuye, por lo que el
líquido necesita temperaturas menores para entrar en ebullición.
En una olla a presión el agua, por ejemplo, llega a una temperatura de 120 o
130 °C antes de hervir, debido a la mayor presión alcanzada por los gases en
su interior. Gracias a esta mayor temperatura del agua en el interior de la olla,
la cocción de la comida se da más rápidamente.
El proceso de ebullición del agua, especialmente a alta presión, se utiliza desde
antiguo
como
medio
para esterilizar el
agua,
debido
a
que
algunos microorganismos mueren a esta temperatura.
Hipótesis: A todos en el colegio nos enseñaron que el punto de ebullición del
agua eran 100ºC. Esto no es verdadero. Pero tampoco falso. El punto de
ebullición de las sustancias no depende sólo de la naturaleza de la misma,
también del medio en el que está la sustancia. Una de las variables físicas que
más influyen en el punto de ebullición del agua es la presión atmosférica otra
es la cantidad de sales que tenga el agua, hasta el agua mineral más pura
tiene un contenido en sales (en las botellas indica la cantidad de cada una de
las sales que contiene esa determinada marca de agua), pero para simplificar
el problema vamos a imaginarnos que cocemos nuestros alimentos con agua
destilada, pura sin ninguna sal
Así también queremos observar si esto es cierto controlando las diferentes
variables que tenemos ya que este experimento será en la Ciudad de México.
-
Experimentación:
Necesitas:
Vaso de precipitados
Agua
Termómetro
Mechero
Soporte
Pinza
Rejilla
En el soporte aseguras tu pinza ajustada con tu termómetro para que así de
esta manera se sostenga mediante el experimento. Después prende tu
mechero hasta que la flama sea azul (ese es el momento perfecto para
comenzar el experimento).Luego en tu vaso de precipitados vierte el agua y
mete tu termómetro de manera a que cubra completamente tu punta, después
espera a que hierva el agua & saque burbujas y mide la temperatura cada 2
minutos para poder controlar en el momento que se mantenga la temperatura.
La siguiente tabla muestra resultados finales.
De esta manera podemos observar que con distintas cantidades de agua es
variado pero concuerda el punto de ebullición observando que, tomando las
variables de la presión atmosférica que hay en la ciudad de México & tomando
en cuenta que este experimento fue hecho con agua de la llave.
Así podemos decir que hecho el experimento nuestra hipótesis no es correcta
dado que nuestro promedio de el punto de ebullición de el agua es 93.8°C
descartamos que el punto de ebullición de esta es de 100°C.
Conclusión: Este experimento sirvió para analizar & conocer el agua mas a
fondo, delimitando que el punto de ebullición del agua no es de 100°C, si no
que su promedio es de 93.8°C.
Respondiendo así que nuestra hipótesis no fue correcta
Publicado 6th September 2012 por Miranda GA
2
a de ebullición
6.1 Objetivos
• Determinar la temperatura de ebullición de algunos líquidos puros.
• Corregir las temperaturas de ebullición de acuerdo con las variaciones en la presión
atmosférica.
6.2 Marco teórico
6.2.1 Evaporación y presión de vapor
La energía cinética de las moléculas de un líquido está cambiando continuamente a medida que
chocan con otras moléculas. En cualquier instante, algunas de las moléculas de la superficie
adquieren la suficiente energía para superar las fuerzas atractivas y escapan a la fase gaseosa
ocurriendo la evaporación. La velocidad de evaporación aumenta a medida que se eleva la
temperatura del líquido.
Si el líquido se encuentra en un recipiente cerrado, las moléculas del vapor quedarán confinadas
en las vecindades del líquido, y durante el transcurso de su movimiento desordenado algunas de
ellas pueden regresar de nuevo a la fase líquida. Al principio, la velocidad de condensación de
las moléculas es lenta puesto que hay pocas moléculas en el vapor. Sin embargo, al aumentar la
velocidad de evaporación, también aumenta la velocidad de condensación hasta que el sistema
alcanza un estado en el que ambas velocidades son iguales (véase la figura 6.1).
Figura 6.1
Evaporación de un líquido en un recipiente cerrado
En este estado de equilibrio dinámico, la concentración de las moléculas en el vapor es constante
y por lo tanto también es constante la presión. La presión ejercida por el vapor cuando se
encuentra en equilibrio con el líquido, a una determinada temperatura, se denomina presión de
vapor y su valor aumenta al aumentar la temperatura.
6.2.2 Temperatura de ebullición
La temperatura de ebullición es aquella a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la
presión externa. En este punto, el vapor no solamente proviene de la superficie sino que también
se forma en el interior del líquido produciendo burbujas y turbulencia que es característica de la
ebullición. La temperatura de ebullición permanece constante hasta que todo el líquido se haya
evaporado.
El punto de ebullición que se mide cuando la presión externa es de 1 atm se denomina
temperatura normal de ebullición y se sobreentiende que los valores que aparecen en las tablas
son puntos normales de ebullición.
6.2.3 Corrección de la temperatura de ebullición
En el caso de los líquidos, la temperatura de ebullición se ve afectada por los cambios en la
presión atmosférica debidos a las variaciones en la altura. A medida que un sitio se encuentra
más elevado sobre el nivel del mar, la temperatura de ebullición se hace menor . A una altura de
1500 m o 0.84 atm (Medellín, por ejemplo), el agua ebulle a 95 °C mientras que al nivel del mar
el agua hierve a 100 °C.
Con el propósito de realizar comparaciones con los valores reportados por la literatura, se hace
necesario corregir la temperatura normal de ebullición en un factor proporcional a la diferencia
de presiones. Los factores de corrección se muestran en la tabla 6.1 y dependen de
la polaridaddel líquido.
La temperatura normal de ebullición del agua es de 100 °C. ¿Cuál será el punto de
ebullición del agua en Medellín (p = 640 torr) y Bogotá (p = 560 torr)?
Ejemplo 6.1
Para Medellín: p = 760 torr – 640 torr = 120 torr = 120 mm Hg
Fc = 120 mm Hg x 0.370 °C/10 mm Hg = 4.4 °C
Te = 100 °C – 4.4 °C = 95.6 °C
Tabla 6.1
Factores de correción del punto de ebullición por cambios en la presión
Teb normal (°C)
50
60
70
80
90
100
110
120
130
Variación en T por
Líquidos no polares
0.380
0.392
0.404
0.416
0.428
0.440
0.452
0.464
0.476
p = 10 mm Hg
Líquidos polares
0.320
0.330
0.340
0.350
0.360
0.370
0.380
0.390
0.400
Para Bogotá: p = 760 torr – 560 torr = 200 torr = 200 mm Hg
Fc = 200 mm Hg x 0.370 °C/10 mm Hg = 7.4 °C
Te = 100 °C – 7.4 °C = 92.6 °C
La temperatura de ebullición del n-butanol (polar) en Medellín es de 112 °C, ¿cuál
será el punto de ebullición normal del n-butanol?
Ejemplo 6.2
p = 760 torr – 640 torr = 120 torr = 120 mm Hg
Fc = 120 mm Hg x 0.382 °C/10 mm Hg = 4.6 °C
Te = 112 °C + 4.6 °C = 117 °C
Nótese que para 112 °C, el valor del factor de corrección en la tabla 6.1 se estima
aproximadamente por interpolación. Consultar en qué consiste este método.
6.3 Materiales y equipo
• Líquidos: cloroformo, etanol, 1-butanol, hexano (consultar el punto de ebullición y la fórmula
química de estos líquidos)
• Aceite mineral
• Vaso de precipitados, tubo de ensayo
• Soporte universal
• Termómetro
• Mechero
• Capilares (traerlos)
6.4 Procedimiento
A un tubo de ensayo pequeño se añaden 2 mL del líquido problema, se introduce un capilar
sellado por uno de sus extremos de modo que el extremo abierto toque el fondo del tubo y luego
se adiciona el termómetro. El sistema se coloca en un baño de aceite, tal como se ilustra en la
figura 6.2.
Figura 6.2
Montaje para la temperatura de ebullición
Se calienta gradualmente (2-3 °C/min) hasta que del capilar se desprenda un rosario continuo de
burbujas. En seguida se suspende el calentamiento y en el instante en que el líquido entre por el
capilar se lee la temperatura de ebullición. La determinación se repite para los demás líquidos.
6.5 Cálculos y resultados
Anotar en la tabla 6.2 los datos obtenidos en el experimento. Corregir la temperatura normal de
ebullición de cada líquido a la presión del laboratorio, y calcular el porcentaje de error en la
temperatura de ebullición experimental por comparación con los valores corregidos.
Tabla 6.2
*
Líquido
Polaridad
cloroformo
etanol
1-butanol
hexano
polar
polar
polar
no polar
Error =
Temperaturas de ebullición
Teb normal, °C
Teb , °C
(corregida)
Teb , °C
Error* (%)
(laboratorio)
6.6 Discusión y conclusiones
Con base en la comparación entre las temperaturas de ebullición obtenidas en el laboratorio y las
temperaturas de ebullición normal corregidas, establezca las posibles causas de los errores
obtenidos.
6.7 Preguntas
• ¿Cómo influye la presencia de impurezas solubles en el punto de ebullición?
• ¿Por qué la temperatura de ebullición se da justo cuando el líquido asciende por el interior del
capilar?
• ¿Por qué la presión atmosférica influye sobre el punto de ebullición?
• Estrictamente hablando, ¿por qué debe ser incorrecto hablar de punto de ebullición?
• ¿Dónde se cocinará más rápido un huevo: en el Himalaya (p = 300 torr), en la luna (patm = 20
torr) o en Bogotá (patm = 560 torr)? Explique su respuesta.
• ¿Qué son fuerzas intermoleculares y cómo se clasifican?
• Investigue qué son sustancias polares y no polares. ¿Qué son los puentes de hidrógeno. ¿Qué
relación tiene la polaridad con el punto de ebullición?
• ¿Por qué los alimentos se cocinan más fácilmente en una olla a presión?
• Criticar la siguiente afirmación: “Cuando el agua ebulle se rompen los enlaces H-O y ambos
elementos escapan a la fase gaseosa como H2 y O2”.
[Moore, J. W. Química. McGraw Hill, Cali, 1978.]
• El punto normal de ebullición de la etiléndiamina, H2N(CH2)2NH2, es 117 °C y el de la
propilamina, CH3(CH2)2NH2, es de 49 °C. Las moléculas, sin embargo, son semejantes en
tamaño y masa molar. ¿Cómo se explica la diferencia en los puntos de ebullición?
[Moore, J. W. Química. McGraw Hill, Cali, 1978.]
• Cuando una o dos gotitas de un líquido muy volátil se colocan sobre la piel y se dejan evaporar,
se experimenta una sensación de enfriamiento. ¿Por qué?
[Moore, J. W. Química. McGraw Hill, Cali, 1978.]
6.8 Problemas sugeridos
Trata de resolver los siguientes ejercicios
Los problemas señalados con (*) tienen un mayor nivel de dificultad. Solicite la asesoría de su
Profesor.
‡ El CBr4 tiene un punto de ebullición (189.5 °C) mayor que el del CCl4 (76.8 °C). Un
estudiante encuentra que el enlace C - Br es más débil que el enlace C - Cl y deduce que esta
debe ser la razón por la que el CBr4 tiene un mayor punto de ebullición. ¿Está de acuerdo con la
conclusión del estudiante?
[Moore, J. W. Química. McGraw Hill, Cali, 1978.]
6.9 Lecturas recomendadas
Asimov, Isaac. El agua caliente. En: El electrón es Zurdo y Otros Ensayos Científicos. Alianza
Editorial, Madrid, 1982. pp. 131
Wolke, Robert L. ¿Qué es el punto de ebullición? En: Lo que Einstein no sabía. Robin Book,
Bogotá, 2002. pp. 77
Wolke, Robert L. Haute Cuisine auténtica. En: Lo que Einstein no sabía. Robin Book, Bogotá,
2002. pp. 222
6.10 Glosario
Discutir y anotar el significado de los siguientes términos: ebullición, equilibrio líquido-vapor,
evaporación, presión atmosférica, presión de vapor, temperatura de ebullición normal.
6.11 Referencias Internet
• http://www.molecules.org/experiments/jones/jonesbp.html
• http://microgravity.grc.nasa.gov/expr/pbeinfo.htm
• http://faculty.coloradomtn.edu/jeschofnig/class/class_jeschof/ch1-lb10.htm
• http://dwb.unl.edu/Chemistry/MicroScale/MScale03.html
• http://www.iit.edu/~smart/martcar/lesson5/id22.htm
• http://www.sci-journal.org/vol3no2/v3n2a2.html
• http://k12science.ati.stevens-tech.edu/curriculum/boilproj/experiment.html